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KR101966318B1 - Sinlge phase pwm converter for high-speed railway propulsion system using discontinuous modulation and method of controlling the same - Google Patents

Sinlge phase pwm converter for high-speed railway propulsion system using discontinuous modulation and method of controlling the same Download PDF

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KR101966318B1
KR101966318B1 KR1020170119551A KR20170119551A KR101966318B1 KR 101966318 B1 KR101966318 B1 KR 101966318B1 KR 1020170119551 A KR1020170119551 A KR 1020170119551A KR 20170119551 A KR20170119551 A KR 20170119551A KR 101966318 B1 KR101966318 B1 KR 101966318B1
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converter
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송민섭
조인호
이재범
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한국철도기술연구원
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 고속철도 추진제어 장치용 단상 PWM 컨버터는 전류 제어기에서 출력되는 컨버터 입력 지령 전압 및 클램핑 전압에 기초하여 오프셋 전압을 생성하는 오프셋 전압 발생기; 컨버터 입력 지령 전압 및 오프셋 전압에 기초하여 게이트 지령 전압을 생성하는 게이트 지령 전압 발생기; 및 게이트 지령 전압 및 반송파에 기초하여 단상 PWM 컨버터 회로를 제어하기 위한 PWM 신호를 생성하는 PWM 발생기;를 포함하되, 게이트 지령 전압은 불연속 변조 파형일 수 있다.A single phase PWM converter for a high speed railway propulsion control apparatus according to an embodiment of the present invention includes an offset voltage generator for generating an offset voltage based on a converter input command voltage and a clamping voltage output from a current controller; A gate command voltage generator for generating a gate command voltage based on the converter input command voltage and the offset voltage; And a PWM generator generating a PWM signal for controlling the single-phase PWM converter circuit based on the gate command voltage and the carrier wave, wherein the gate command voltage may be a discontinuous modulation waveform.

Description

불연속 변조 기법을 이용한 고속철도 추진제어 장치용 단상 PWM 컨버터 및 그 제어 방법 {SINLGE PHASE PWM CONVERTER FOR HIGH-SPEED RAILWAY PROPULSION SYSTEM USING DISCONTINUOUS MODULATION AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME}Single Phase PWM Converter for High Speed Railway Propulsion Control Device Using Discontinuous Modulation Technique and Its Control Method

본 발명은 불연속 변조 기법을 이용한 고속철도 추진제어 장치용 단상 PWM 컨버터 및 그 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a single phase PWM converter for a high speed railway propulsion control device using a discontinuous modulation technique and a control method thereof.

고속철도 추진제어시스템은 크게 단위 역률 제어 및 디씨링크(dc-link) 정전압 제어를 위한 양방향 펄스 폴 변조(Pulse-Width Modulation; PWM) 컨버터, 견인 전동기를 구동하기 위한 PWM 인버터로 구성되어 있다(도 1 참조). 그 중 컨버터는 역행 및 회생 시 양방향 전력변환이 가능한 풀 브릿지(Full bridge) 방식의 PWM 컨버터를 사용하며 컨버터 입력 리플 전류를 저감시키고 높은 출력을 분담시키기 위해 인터레이싱(interlacing)된 두 개의 PWM 컨버터로 구성된다. The high-speed railway propulsion control system is largely comprised of a pulse-width modulation (PWM) converter for driving unit power factor control and dc-link constant voltage control, and a PWM inverter for driving a traction motor (FIG. 1). Reference). Among them, the converter uses a full bridge PWM converter capable of bidirectional power conversion during reversal and regeneration, and two interlaced PWM converters to reduce converter input ripple current and share high output. It is composed.

단상 PWM 컨버터에서는 컨버터 입력 지령 전압 Vref(VUX *=VC */2, VVY *=-VC */2)의 최대 전압과 최소 전압의 크기가 항상 같으므로 기존 반송파 기반(carrier based) 정현파 PWM(Sinusoidal PWM; SPWM)으로 구현한 스위칭 패턴은 도 2처럼 3상 PWM 인버터 시스템에서의 공간벡터 변조 방식과 유사하게 유효전압이 스위칭 주기의 가운데 위치하게 된다. 기존 SPWM 방식에서는 주어진 컨버터 입력 지령 전압 Vref에 대해서 스위칭 한 주기 동안 4번의 스위칭 상태 변화가 발생하는 것을 확인할 수 있다.In single-phase PWM converters, the maximum and minimum voltages of the converter input command voltages V ref (V UX * = V C * / 2, V VY * = -V C * / 2) are always the same, so that the existing carrier based In the switching pattern implemented with sinusoidal PWM (SPWM), the effective voltage is located in the middle of the switching cycle, similar to the space vector modulation method of the three-phase PWM inverter system as shown in FIG. In the existing SPWM method, it can be seen that four switching state changes occur during a switching cycle for a given converter input command voltage V ref .

수백kW 이상의 대용량 전력시스템 특성으로 스위칭 손실이 과다하고 방열 설계의 현실적인 제약으로 인해 스위칭 주파수를 기본파 주파수 (60Hz)의 약 9 ~ 10배 (540 ~ 600Hz)로 제한하여 사용하고 있다. 한편, 전류제어기로 비례적분제어(PI)를 사용할 때 시스템의 극점과 제어기의 영점이 같게 조절하면 전류제어계가 시스템의 특성에 상관없이 비교적 안정적으로 제어할 수 있다.Due to the large power system characteristic of hundreds of kW or more, the switching loss is excessive and due to the realistic constraints of the heat dissipation design, the switching frequency is limited to about 9 to 10 times the fundamental frequency (60 Hz) (540 to 600 Hz). On the other hand, when the proportional integral control (PI) is used as the current controller, if the pole of the system and the zero of the controller are adjusted to be the same, the current control system can be controlled relatively stably regardless of the characteristics of the system.

하지만 시스템 폐루프 전달함수가 1차 저역통과 필터의 형태로 나타나기 때문에 고속철도 추진제어장치용 PWM 컨버터의 경우와 같이 스위칭 주파수가 낮은 시스템에서는 제어계의 지연이 필연적으로 발생한다. 따라서, 단위 역률 제어를 위해 추가의 위상 보상 기법이 필요한 문제점이 있다.However, since the system closed-loop transfer function appears in the form of a first-order lowpass filter, a delay of the control system inevitably occurs in a system with a low switching frequency, such as a PWM converter for a high speed railway propulsion control device. Therefore, there is a problem that an additional phase compensation technique is required for unit power factor control.

한국등록특허 제 10-1564358 호 (발명의 명칭: 저부하 조건에서의 전류 고조파왜율 조절을 위한 컨버터 제어 방법 및 장치)Korean Registered Patent No. 10-1564358 (Invention name: Converter control method and apparatus for current harmonic distortion control at low load conditions)

따라서, 본 발명은 불연속 변조 기법을 단상 PWM 컨버터에 적용하여 스위칭 손실을 줄임으로써, 고속철도 추진제어 신호의 주파수 대역을 증가시켜 보다 안정적인 제어가 가능케 하는 데에 목적이 있다. Accordingly, an object of the present invention is to reduce switching loss by applying a discontinuous modulation technique to a single-phase PWM converter, thereby increasing the frequency band of the high-speed railway propulsion control signal to enable more stable control.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 고속철도 추진제어 장치용 단상 PWM 컨버터는 전류 제어기에서 출력되는 컨버터 입력 지령 전압 및 클램핑 전압에 기초하여 오프셋 전압을 생성하는 오프셋 전압 발생기; 컨버터 입력 지령 전압 및 오프셋 전압에 기초하여 게이트 지령 전압을 생성하는 게이트 지령 전압 발생기; 및 게이트 지령 전압 및 반송파에 기초하여 단상 PWM 컨버터 회로를 제어하기 위한 PWM 신호를 생성하는 PWM 발생기;를 포함하되, 게이트 지령 전압은 불연속 변조 파형일 수 있다.In accordance with an aspect of the present invention, there is provided a single-phase PWM converter for a high speed railway propulsion control apparatus, including: an offset voltage generator configured to generate an offset voltage based on a converter input command voltage and a clamping voltage output from a current controller; A gate command voltage generator for generating a gate command voltage based on the converter input command voltage and the offset voltage; And a PWM generator generating a PWM signal for controlling the single-phase PWM converter circuit based on the gate command voltage and the carrier wave, wherein the gate command voltage may be a discontinuous modulation waveform.

또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 고속철도 추진제어 장치용 단상 PWM 컨버터의 제어 방법은 컨버터 입력 지령 전압 및 클램핑 전압에 기초하여 오프셋 전압을 생성하는 단계; 컨버터 입력 지령 전압 및 오프셋 전압에 기초하여 게이트 지령 전압을 생성하는 단계; 및 게이트 지령 전압 및 반송파에 기초하여 단상 PWM 컨버터 회로를 제어하기 위한 PWM 신호를 생성하는 단계;를 포함하되, 게이트 지령 전압은 불연속 변조 파형일 수 있다.In addition, the control method of the single-phase PWM converter for a high-speed railway propulsion control apparatus according to another embodiment of the present invention comprises the steps of generating an offset voltage based on the converter input command voltage and the clamping voltage; Generating a gate command voltage based on the converter input command voltage and the offset voltage; And generating a PWM signal for controlling the single-phase PWM converter circuit based on the gate command voltage and the carrier wave, wherein the gate command voltage may be a discontinuous modulation waveform.

본 발명은 일 실시예에 따른 불연속 변조 기법을 이용한 고속철도 추진제어 장치용 단상 PWM 컨버터 및 그 제어 방법에 의하면, 불연속 변조 기법을 단상 PWM 컨버터에 적용하여 스위칭 손실을 줄임으로써, 고속철도 추진제어 신호의 주파수 대역을 증가시켜 보다 안정적인 제어가 가능하도록 할 수 있다.The present invention relates to a single phase PWM converter for a high speed railway propulsion control device using a discontinuous modulation method and a control method thereof. The band can be increased to allow more stable control.

도 1은 고속철도 추진제어 장치의 회로 구성의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 연속 변조 방식의 스위칭 패턴의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 종래의 연속 변조 방식과 불연속 변조 방식의 스위칭 패턴을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 불연속 변조 기법을 이용한 단상 PWM 컨버터의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 불연속 변조 기법을 이용한 단상 PWM 컨버터의 제어 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 불연속 변조 기법에서의 각 신호의 전압 파형을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시에에 따른 불연속 변조 기법을 이용한 단상 PWM 컨버터의 제어도이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 불연속 변조 기법을 이용한 단상 PWM 컨버터의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
1 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a high speed railway propulsion control device.
2 is a diagram illustrating an example of a switching pattern of a conventional continuous modulation method.
3 is a view illustrating a comparison between a switching pattern of a conventional continuous modulation method and a discontinuous modulation method.
4 is a diagram showing the configuration of a single-phase PWM converter using a discontinuous modulation technique according to an embodiment of the present invention.
5 is an operation flowchart illustrating a control method of a single phase PWM converter using a discontinuous modulation technique according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating voltage waveforms of respective signals in a discontinuous modulation scheme according to an embodiment of the present invention.
7 is a control diagram of a single-phase PWM converter using a discontinuous modulation technique according to an embodiment of the present invention.
8 to 10 are diagrams showing simulation results of a single-phase PWM converter using a discontinuous modulation technique according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Throughout the specification, when a part is "connected" to another part, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element in between. . In addition, when a part is said to "include" a certain component, which means that it may further include other components, except to exclude other components, unless specifically stated otherwise, one or more other features It is to be understood that the present disclosure does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아니다. 따라서 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 동일 범위의 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.The following examples are detailed description to aid in understanding the present invention, and do not limit the scope of the present invention. Therefore, the same range of inventions that perform the same functions as the present invention will also fall within the scope of the present invention.

도 3은 종래의 연속 변조 방식과 불연속 변조(Discontinuous PWM; DPWM) 방식의 스위칭 패턴을 비교하여 나타낸 도면이다.3 is a view illustrating a comparison between a switching pattern of a conventional continuous modulation method and a discontinuous modulation (DPWM) method.

도 3을 참조하면, 종래의 연속 변조 방식의 경우, 영벡터로 (0,0) 및 (1,1)을 모두 사용하기 때문에 스위칭 한 주기 동안 총 4번의 스위칭 상태 변화가 발생하고, 불연속 변조 방식의 경우, 영벡터로 (0,0) 또는 (1,1)만을 사용하기 때문에 스위칭 한 주기 동안 총 2번의 스위칭 상태 변화가 발생함을 알 수 있다.Referring to FIG. 3, in the case of the conventional continuous modulation method, since both (0,0) and (1,1) are used as zero vectors, a total of four switching state changes occur during a switching cycle, and a discontinuous modulation method is used. In this case, since only (0,0) or (1,1) is used as a zero vector, it can be seen that a total of two switching state changes occur during one switching period.

예컨대, 영벡터로 (1,1)만을 사용하는 경우에는 전원 전압 반주기 동안 번갈아가면서 U 스위치와 V 스위치가 각각 Vdc/2로 클램핑되고, 영벡터로 (0,0)만을 사용하는 경우에는 X 스위치와 Y 스위치가 각각 -Vdc/2로 클램핑되어 스위칭이 억제될 수 있다.For example, when only (1,1) is used as a zero vector, the U switch and V switch are clamped to V dc / 2 alternately during the supply voltage half-cycle, and when only (0,0) is used as the zero vector, The switch and the Y switch are clamped to -V dc / 2, respectively, so that switching can be suppressed.

본 발명의 일 실시예에서는 상술한 불연속 변조 방식의 스위칭 패턴을 형성하기 위해 옵셋 전압 기법을 이용할 수 있다.In an embodiment of the present invention, an offset voltage technique may be used to form the above-described discontinuous modulation switching pattern.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 불연속 변조 기법을 이용한 단상 PWM 컨버터의 구성을 나타낸 도면이다.4 is a diagram showing the configuration of a single-phase PWM converter using a discontinuous modulation technique according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 불연속 변조 기법을 이용한 단상 PWM 컨버터는 전류 제어기(410), 오프셋 전압 발생기(420), 게이트 지령 전압 발생기(430) 및 PWM 발생기(440)를 포함한다.Referring to FIG. 4, a single phase PWM converter using a discontinuous modulation scheme according to an embodiment of the present invention includes a current controller 410, an offset voltage generator 420, a gate command voltage generator 430, and a PWM generator 440. Include.

전류 제어기(410)는 전류 좌표계 변환기(미도시)에서 출력된 리얼(real) d축 전류 값과 리얼 q축 전류 값, 전압 제어기(미도시)에서 출력된 레퍼런스(ref) 전류 값을 기초로 컨버터 입력 전압을 출력할 수 있다.The current controller 410 is based on a real d-axis current value output from a current coordinate system converter (not shown), a real q-axis current value, and a reference (ref) current value output from a voltage controller (not shown). The input voltage can be output.

전류 제어기(410)는 입력된 리얼 d, q축 전류 값들 각각을 레퍼런스 전류 값과 비교하고, 비교한 결과 값에 대해 비례 적분 제어기(Proportional Integration; PI)를 통과시킨 뒤 전향 보상을 수행할 수 있다.The current controller 410 may compare each of the input real d and q-axis current values with a reference current value, pass a proportional integration controller (PI) on the result of the comparison, and perform forward compensation. .

전류 좌표계 변환기는 전원 전압의 위상과 입력 전류에 기초하여 리얼 d축 전류 값과 리얼 q축 전류 값을 출력하며, 전압 제어기는 레퍼런스 정전압과 리얼 정전압에 기초하여 레퍼런스 전류 값을 출력하는 것일 수 있다.The current coordinate system converter may output a real d-axis current value and a real q-axis current value based on the phase and input current of the power supply voltage, and the voltage controller may output a reference current value based on the reference constant voltage and the real constant voltage.

여기서, 전류 좌표계 변환기에는 전원 전압의 위상 추종을 위한 위상 동기 회로(Phase Locked Loop; PLL)이 포함될 수 있으며, 전압 제어기에는 비례 적분 제어기(Proportional Integration; PI)가 포함될 수 있다.Here, the current coordinate system converter may include a phase locked circuit (PLL) for phase tracking of the power supply voltage, and the voltage controller may include a proportional integration controller (PI).

오프셋 전압 발생기(420)는 컨버터 입력 지령 전압과 클램핑 전압에 기초하여 오프셋 전압을 생성할 수 있다.The offset voltage generator 420 may generate an offset voltage based on the converter input command voltage and the clamping voltage.

여기서, 클램핑 전압은 상술한 전압 제어기에 사용된 리얼 정전압에 대해, 리얼 정전압 크기의 절반의 크기를 갖고 서로 반대 부호를 갖는 전압들 중 어느 하나일 수 있다.Here, the clamping voltage may be any one of voltages having the magnitude of half the magnitude of the real constant voltage and having opposite signs with respect to the real constant voltage used in the above-described voltage controller.

여기서, 오프셋 전압 발생기(420)는 컨버터 입력 지령 전압의 한 주기 내의 전 구간 동안 클램핑 전압을 고정하되, 컨버터 입력 지령 전압의 주기마다 클램핑 전압의 부호를 반전시킬 수 있다. 이를 통해, 오프셋 전압 발생기(420)는 오프셋 전압의 주기가 컨버터 입력 지령 전압의 주기의 2배가 되도록 할 수 있다.Here, the offset voltage generator 420 may fix the clamping voltage for the entire period within one period of the converter input command voltage, but may reverse the sign of the clamping voltage for each period of the converter input command voltage. By doing so, the offset voltage generator 420 may allow the period of the offset voltage to be twice the period of the converter input command voltage.

예컨대, 오프셋 전압을 생성함에 있어, 컨버터 입력 지령 전압의 제 1 주기에서는 양의 부호를 갖는 클램핑 전압이 사용되었다면, 다음 주기인 제 2 주기에서는 음의 부호를 갖는 클램핑 전압이 사용될 수 있다.For example, in generating the offset voltage, if a clamping voltage having a positive sign was used in the first period of the converter input command voltage, a clamping voltage having a negative sign may be used in the second period, which is the next period.

또한, 오프셋 전압 발생기(420)는 컨버터 입력 지령 전압의 크기의 절반의 크기를 갖고 서로 부호가 반대되도록 컨버터 입력 지령 전압이 2분할된 분할 전압들에 기초하여 오프셋 전압을 생성할 수 있다.In addition, the offset voltage generator 420 may generate an offset voltage based on divided voltages in which the converter input command voltage is divided into two so as to have a magnitude equal to half the magnitude of the converter input command voltage and the signs are opposite to each other.

여기서, 오프셋 전압 발생기(420)는 컨버터 입력 지령 전압의 한 주기 내의 전 구간 동안 분할 전압들의 크기들 중 최대 값 또는 최소 값을 기준 값으로 고정하여 오프셋 전압을 생성하되, 컨버터 입력 지령 전압의 주기마다 최대 값 및 최소 값을 번갈아 기준 값으로 할 수 있다.Here, the offset voltage generator 420 generates the offset voltage by fixing the maximum value or the minimum value of the divided voltages as the reference value for all the sections within one period of the converter input command voltage, but for each period of the converter input command voltage. The maximum value and the minimum value may be alternately used as reference values.

예컨대, 기준 값이 최대 값인 경우, 분할 전압들의 크기들 중 큰 값을 갖는 분할 전압이 기준 값으로서 사용되고, 기준 값이 최소 값인 경우, 분할 전압의 크기들 중 작은 값은 값을 갖는 분할 전압이 기준 값으로서 사용될 수 있다. 여기서, 분할 전압들은 정현파의 형태를 가지므로, 기준 값이 최대 값으로 고정되는 경우에도 어떤 분할 전압이 기준 값으로 선택될지는 시간에 따라 변경될 수 있다.For example, when the reference value is the maximum value, the divided voltage having the larger value of the divided voltages is used as the reference value, and when the reference value is the minimum value, the smaller one of the magnitudes of the divided voltages is determined by the divided voltage having the value. Can be used as a value. Here, since the divided voltages have the form of a sine wave, even when the reference value is fixed to the maximum value, which divided voltage is selected as the reference value may be changed over time.

여기서, 클랭핑 전압의 부호 반전되는 타이밍과 기준 값이 변경되는 타이밍은 동일할 수 있다.Here, the timing of sign inversion of the clamping voltage and the timing at which the reference value is changed may be the same.

예컨대, 컨버터 입력 지령 전압의 어느 한 주기 내의 전 구간 동안 최대 값을 기준 값으로 고정하는 경우, 클램핑 전압을 양(+)의 부호를 갖도록 고정하고, 컨버터 입력 지령 전압의 어느 한 주기 내의 전 구간 동안 최소 값을 기준 값으로 고정하는 경우, 클램핑 전압을 음(-)의 부호를 갖도록 고정할 수 있다.For example, when the maximum value is fixed to the reference value for all the sections within one period of the converter input command voltage, the clamping voltage is fixed to have a positive sign and for all the sections within one period of the converter input command voltage. When the minimum value is fixed to the reference value, the clamping voltage may be fixed to have a negative sign.

오프셋 전압 발생기(420)는 클램핑 전압에서 기준 값을 감산하여 오프셋 전압을 생성할 수 있다.The offset voltage generator 420 may generate an offset voltage by subtracting the reference value from the clamping voltage.

즉, 오프셋 전압 발생기(420)에 의해서 생성된 오프셋 전압의 어느 시점에서의 값은, 클램핑 전압들 중 어느 하나와 분할 전압들 중 어느 하나에 기초하여 생성되며, 상술한 과정에 의해 생성된 오프셋 전압에 의해 불연속 변조 파형을 갖는 게이트 지령 전압이 생성될 수 있다.That is, the value at any point of the offset voltage generated by the offset voltage generator 420 is generated based on any one of the clamping voltages and the division voltages, and the offset voltage generated by the above-described process. May generate a gate command voltage having a discontinuous modulation waveform.

게이트 지령 전압 발생기(430)는 컨버터 입력 지령 전압 및 오프셋 전압에 기초하여 게이트 지령 전압을 생성한다.The gate command voltage generator 430 generates a gate command voltage based on the converter input command voltage and the offset voltage.

게이트 지령 전압 발생기(430)는 분할 전압들 각각에 오프셋 전압을 합산하여 게이트 지령 전압들을 생성할 수 있다.The gate command voltage generator 430 may generate gate command voltages by adding an offset voltage to each of the divided voltages.

이를 통해, 게이트 지령 전압 발생기(430)는 컨버터 입력 지령 전압의 한 주기 내의 처음 반 주기 동안 제 1 분할 전압이 클램핑 전압으로 클랭핑되고, 마지막 반 주기 동안 제 2 분할 전압이 클램핑 전압으로 클램핑되도록 할 수 있다.This allows the gate command voltage generator 430 to cause the first divided voltage to be clamped to the clamping voltage during the first half period within one period of the converter input command voltage, and the second divided voltage to be clamped to the clamping voltage during the last half period. Can be.

즉, 상술한 과정에 의해 게이트 지령 전압은 불연속 변조 파형이 됨을 알 수 있다. That is, it can be seen that the gate command voltage becomes a discontinuous modulation waveform by the above-described process.

PWM 발생기(440)는 게이트 지령 전압 및 반송파에 기초하여 단상 PWM 컨버터 회로를 제어하기 위한 PWM 신호를 생성한다.The PWM generator 440 generates a PWM signal for controlling the single phase PWM converter circuit based on the gate command voltage and the carrier wave.

여기서, PWM 발생기(440)는 게이트 지령 전압 및 반송파 전압의 대소 비교 결과에 기초하여 PWM 신호를 생성할 수 있다.Here, the PWM generator 440 may generate a PWM signal based on the magnitude comparison result of the gate command voltage and the carrier voltage.

여기서, 반송파는 소정의 주파수를 갖는 삼각 톱니파일 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되지는 아니한다.Here, the carrier may be a triangular tooth file having a predetermined frequency, but the scope of the present invention is not limited thereto.

또한, PWM 발생기(440)는 스위칭 지연 시간(dead time)을 고려하여 PWM 신호를 생성할 수 있다.In addition, the PWM generator 440 may generate a PWM signal in consideration of a switching dead time.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 불연속 변조 기법을 이용한 단상 PWM 컨버터의 제어 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.5 is an operation flowchart illustrating a control method of a single phase PWM converter using a discontinuous modulation technique according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 불연속 변조 기법을 이용한 단상 PWM 컨버터의 제어 방법은, 먼저 오프셋 전압 발생기(420)가 전류 제어기(410)에서 출력되는 컨버터 입력 지령 전압 및 클램핑 전압에 기초하여 오프셋 전압을 생성한다(S510).Referring to FIG. 5, in the control method of a single-phase PWM converter using a discontinuous modulation scheme according to an embodiment of the present invention, the converter input command voltage and the clamping voltage of the offset voltage generator 420 are first output from the current controller 410. Based on the offset voltage is generated (S510).

다음으로, 게이트 지령 전압 발생기(430)가 컨버터 입력 지령 전압 및 오프셋 전압에 기초하여 게이트 지령 전압을 생성한다(S520).Next, the gate command voltage generator 430 generates a gate command voltage based on the converter input command voltage and the offset voltage (S520).

다음으로, PWM 발생기(440)가 게이트 지령 전압 및 반송파에 기초하여 단상 PWM 컨버터 회로를 제어하기 위한 PWM 신호를 생성한다(S530).Next, the PWM generator 440 generates a PWM signal for controlling the single-phase PWM converter circuit based on the gate command voltage and the carrier wave (S530).

본 발명의 일 실시예에 따른 불연속 변조 기법을 이용한 단상 PWM 컨버터의 제어 방법에 따르면, 단계(S510) 및 단계(S520)를 통해 불연속 변조 파형을 갖는 게이트 지령 전압을 생성되며, 불연속 변조 파형을 갖는 게이트 지령 전압을 이용하여 단계(S530)에서 생성되는 PWM 신호의 스위칭 상태 변화를 저감시킬 수 있다. According to the control method of the single-phase PWM converter using the discontinuous modulation technique according to an embodiment of the present invention, a gate command voltage having a discontinuous modulation waveform is generated through steps S510 and S520, and the discontinuous modulation waveform is generated. By using the gate command voltage, a change in the switching state of the PWM signal generated in step S530 may be reduced.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 불연속 변조 기법에서의 각 신호의 전압 파형을 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating voltage waveforms of respective signals in a discontinuous modulation scheme according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 컨버터 입력 지령 전압(Vref)이 VC *로 주어졌을 때 지령 전압(청구범위 상에서의 분할 전압)을 ‘VUX *=Vc */2’, ‘VVY *=-VC */2’로 놓고, 두 지령 전압으로부터 최대 전압(Vmax)과 최소 전압(Vmin)을 얻는 경우, 오프셋 전압(Voffset)은 다음과 같이 결정될 수 있다.Referring to FIG. 6, when the converter input command voltage V ref is given by V C * , the command voltage (the divided voltage on the charge range) is set to 'V UX * = V c * / 2' and 'V VY * = If -V C * / 2 'is set and the maximum voltage V max and the minimum voltage V min are obtained from the two command voltages, the offset voltage V offset may be determined as follows.

스위치들 간의 도통 및 스위칭 특성을 동일하게 가져가기 위해서 VC * 한 주기 동안에는 ‘Voffset = Vdc/2-Vmax’, 그 다음 주기 동안에는 ‘Voffset = -Vdc/2-Vmin’으로 설정하면 VC * 한 주기 내에서 반 주기 동안 VUX *와 VVY *가 각각 Vdc/2로 클램핑되고 다음 VC * 한 주기 내에서 반 주기 동안 각각 -Vdc/2로 클램핑되어 스위칭을 억제할 수 있다.To achieve the same conduction and switching characteristics between the switches, V C * 'V offset = V dc / 2-V max ' for one period and 'V offset = -V dc / 2-V min ' for the next period. setting, is clamped to V C * during the half cycle period in the UX V * and V * VY each V dc / 2 while being clamped to the next V C * half period within a cycle, each -V dc / 2 to the switching It can be suppressed.

이 경우, 극전압이 180° 구간에서 Vdc/2 or -Vdc/2로 클램핑될 수 있다.In this case, the extreme voltage may be clamped to V dc / 2 or -V dc / 2 in the 180 ° period.

상술한 것과 같이, 오프셋 전압 기법에 따라 레그(leg) 지령 전압 VUX와 VVY가 유도되는 과정을 설명하였으나, 본 발명의 불연속 변조 기법은 이에 한정되지 아니한다.As described above, the process of deriving the leg command voltages V UX and V VY according to the offset voltage technique has been described, but the discontinuous modulation technique of the present invention is not limited thereto.

예컨대, 본 발명의 불연속 변조 기법의 다른 일 실시예에서는 시간 직접 계산법을 통해 도 6과 같은 스위칭 패턴이 유도될 수 있다.For example, in another embodiment of the discrete modulation scheme of the present invention, a switching pattern as shown in FIG. 6 may be derived through time direct calculation.

이와 같이, 본 발명의 불연속 변조 기법에 따르면 동일 스위칭 주파수일 때 기존 SPWM 대비 스위칭이 절반으로 감소하므로 스위칭 손실의 증가 없이 기존 대비 스위칭 주파수를 두 배 증가시킬 수 있다. 따라서 앞서 언급한바와 같이 스위칭 주파수가 낮은 고속철도 추진제어장치용 PWM 컨버터의 문제점인 제어계의 지연 및 속응성 문제를 개선할 수 있다.As described above, according to the discontinuous modulation scheme of the present invention, since the switching is reduced by half compared to the existing SPWM at the same switching frequency, the switching frequency can be doubled compared to the existing without increasing the switching loss. Therefore, as mentioned above, it is possible to improve the delay and responsiveness of the control system, which is a problem of the PWM converter for the high speed railway propulsion control device having a low switching frequency.

도 7은 본 발명의 일 실시에에 따른 불연속 변조 기법을 이용한 단상 PWM 컨버터의 제어도이다.7 is a control diagram of a single-phase PWM converter using a discontinuous modulation technique according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시에에 따른 불연속 변조 기법을 이용한 단상 PWM 컨버터의 제어도에는 전류 제어기(410), 오프셋 전압 발생기(420), 게이트 지령 전압 발생기(430) 및 PWM 발생기(440)가 포함되며, 전원 전압의 위상 추종을 위한 PLL, dc-link 정전압 제어기 등이 더 포함됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, a control diagram of a single phase PWM converter using a discontinuous modulation scheme according to an embodiment of the present invention includes a current controller 410, an offset voltage generator 420, a gate command voltage generator 430, and a PWM generator ( 440 is included, and a PLL, a dc-link constant voltage controller, and the like for phase tracking of the power supply voltage may be further included.

전류 제어기(410), 오프셋 전압 발생기(420), 게이트 지령 전압 발생기(430) 및 PWM 발생기(440)에 관한 설명은 도 4를 참조하여 상술하였으므로 생략한다.The descriptions of the current controller 410, the offset voltage generator 420, the gate command voltage generator 430, and the PWM generator 440 have been described above with reference to FIG.

도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 불연속 변조 기법을 이용한 단상 PWM 컨버터의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.8 to 10 are diagrams showing simulation results of a single-phase PWM converter using a discontinuous modulation technique according to an embodiment of the present invention.

특히 도 8은 제안한 불연속 변조기법의 타당성을 확인하기 위한 100kW급 PWM 컨버터에 대한 PSIM 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.In particular, FIG. 8 is a diagram illustrating a PSIM simulation result for a 100kW PWM converter for verifying the validity of the proposed discontinuous modulation method.

도 8(a)는 전원 전압(VS)과 입력 전류(IS) 파형을 나타낸 것으로 역률은 0.999이다.8 (a) shows the power supply voltage V S and the input current I S waveform, and the power factor is 0.999.

도 8(b)는 지령전압(VC1 *)과 옵셋 전압(Voffset1)을 나타내고 있다. Voffset1이 VC1 * 매 주기마다 Vdc/2-Vmax, -Vdc/2-Vmin으로 교번됨을 알 수있다.8 (b) shows the command voltage V C1 * and the offset voltage V offset1 . V offset1 this it can be seen that with alternating V C1 * V every cycle dc / 2-V max, -V dc / 2-V min.

도 8(c)는 옵셋 전압이 더해진 지령전압 VUX1 *, VVY1 *과 삼각 반송파 Carrier1을 나타낸 것이다.8 (c) shows the command voltages V UX1 * , V VY1 * and the triangular carrier Carrier 1 to which the offset voltage is added.

도 8(d)는 지령전압 VUX1 *, VVY1 *과 삼각 반송파 Carrier1의 비교 결과로 나타난 leg 전압 VUX1, VVY1을 나타낸 것으로 두 leg 전압이 교대로 Vdc/2 혹은 -Vdc/2로 클램핑되어 스위칭하지 않는 것을 알 수 있다.FIG. 8 (d) shows leg voltages V UX1 and V VY1 as a result of comparing the reference voltages V UX1 * , V VY1 * and the triangular carrier Carrier 1 , with the two leg voltages alternately V dc / 2 or -V dc / It can be seen that it is clamped to 2 and does not switch.

도 8(e)는 컨버터 입력 전압(VC1)을 나타내며, SPWM (9 pulses)과 동일하게 반 주기 동안 9번의 스위칭 펄스(pulse)가 발생하는 것을 알 수 있다.8 (e) shows the converter input voltage V C1 , and it can be seen that nine switching pulses are generated during a half period, similarly to SPWM (9 pulses).

도 8(f) 및 도 8(g)는 각 스위치에 흐르는 전류 양상을 나타낸 것이다. 논 스위칭 존(non switching zone)에서는 스위치가 완전히 소거되거나 혹은 완전히 도통되어 스위칭이 억제되는 것을 알 수 있다.8 (f) and 8 (g) show the current patterns flowing through the switches. In the non-switching zone, it can be seen that the switch is either completely erased or completely turned on so that switching is suppressed.

본 발명의 일 실시예에 따른 DPWM에 따르면 Voffset을 교번하여 모든 스위치의 도통 특성, 스위칭 특성에 편차가 발생하지 않도록 제어할 수 있다. 따라서, 스위치들의 전류 파형을 살펴보면 전원 전압 2 주기 동안에 평균적으로 동일한 특성을 나타냄을 알 수 있다. 즉, 주파수 변조 지수를 18로 기존(9 pulses) 대비 2배 증가시켰으나, 스위칭은 기존과 동일한 횟수로 발생하는 것을 알 수 있다.According to the DPWM according to an embodiment of the present invention, V offsets may be alternately controlled to prevent deviations in conduction and switching characteristics of all switches. Therefore, looking at the current waveforms of the switches, it can be seen that they exhibit the same characteristics on average for two cycles of the supply voltage. That is, although the frequency modulation index is increased to 18 times (9 pulses) twice, it can be seen that the switching occurs the same number of times as before.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 DPWM의 리플 전류 및 스위치 손실 지수를 확인하기 위해 기존 SPWM (9 pulses)와 SPWM (18 pulses)와 비교한 결과를 나타낸 것이다.FIG. 9 illustrates a result of comparing SPWM (9 pulses) and SPWM (18 pulses) in order to confirm a ripple current and a switch loss index of the DPWM according to an embodiment of the present invention.

각 도의 위에서부터 첫 번째 파형은 입력 전압, 입력 전류를 나타내고, 두 번째 파형은 삼각 반송파와 지령전압, 세 번째 파형은 스위치 U1의 전류, 네 번째 파형은 스위치 U1, X1의 채널(channel) 및 바디 다이오드(body diode)의 도통 손실, 다섯 번째 파형은 스위치 U1, X1의 channel 및 body diode의 스위칭 손실을 나타낸다.From the top of each separate first waveform represents the input voltage, input current, and the second waveform is a triangular carrier wave and a reference voltage, and the third waveform of the switch U 1 current, and the fourth waveform is the channel of the switch U 1, X 1 (channel ) And the conduction loss of the body diode, the fifth waveform represents the switching loss of the channel and body diode of the switches U 1 , X 1 .

역률은 세 가지 변조 기법에서 모두 0.99 이상이며 리플 전류는 DPWM (18 pulses)은 34A, SPWM (9 pulses)는 37A로 동등 수준, SPWM (18 pulses)는 17A로 나머지 두 변조 기법보다 절반 정도로 나타났다.The power factor was above 0.99 in all three modulation schemes, with ripple current equal to 34A for DPWM (18 pulses), 37A for SPWM (9 pulses), and 17A for SPWM (18 pulses), which is half that of the other two modulation schemes.

본 발명의 일 실시예에 따른 불연속 변조 기법인 DPWM은 SPWM (9 pulses) 대비 스위칭 주파수는 2배 증가하였지만 스위칭 단위 주기 당 유효 주파수는 한 leg의 클램핑으로 인해 절반이 되어 결과적으로 동등한 수준의 리플 전류 양상을 나타낸다. 스위치 U1의 전류 양상을 살펴보면 SPWM 기법은 매 시간 연속 스위칭 동작이 이루어지며 DPWM은 전원 전압 매 주기 당 절반만 스위칭하게 된다(도 9(a) 세 번째 파형에서 ②, ③ 구간 스위칭 억제). 도통 손실(Pcond)을 비교한 결과 모든 변조 기법에서 차이가 거의 없는 것으로 나타났다. 이는 동일한 입출력 조건에서 변조 기법을 달리하더라도 입력 전류의 양상에는 차이가 거의 없기 때문이다.DPWM, a discontinuous modulation scheme according to an embodiment of the present invention, has twice the switching frequency compared to SPWM (9 pulses), but the effective frequency per switching unit cycle is halved due to one leg clamping, resulting in an equivalent level of ripple current. It shows an aspect. Looking at the current behavior of the switch U 1 SPWM technique is a continuous switching operation every hour and the DPWM is switched only half of the power voltage every cycle (2, 3 in the third waveform of Figure 9 (a) Suppression of section switching). Comparison of conduction losses (P cond ) shows little difference in all modulation schemes. This is because even though the modulation scheme is different under the same input / output conditions, there is little difference in the aspect of the input current.

마지막으로 스위칭 손실(Psw)을 비교한 결과를 살펴보면 DPWM (18 pulses)는 기존 SPWM (9 pulses)와 동등하고 SPWM (18 pulses)의 절반 수준으로 나타났다. 이로써 제안한 DPWM은 기존 SPWM (9 pulse) 대비 전류 리플과 도통 손실은 동등 수준, 스위칭 손실은 SPWM (18 pulse)의 절반 수준으로 분석되었다.Finally, the comparison of switching losses (P sw ) shows that DPWM (18 pulses) is equivalent to SPWM (9 pulses) and half the SPWM (18 pulses). As a result, the proposed DPWM has the same current ripple and conduction loss as compared to the conventional SPWM (9 pulse), and the switching loss is half that of SPWM (18 pulse).

도 10은 제어 성능 중 부하 변동에 따른 동특성(Load regulation)을 비교한 결과를 나낸 것이다. 최초 50kW (Half 부하)에서 100kW (Full 부하), 다시 50kW (Half 부하)로 변동 시 dc-link 전압의 동특성을 분석하였다.FIG. 10 shows a result of comparing load regulation according to load variation in control performance. The dynamic characteristics of the dc-link voltage were analyzed when changing from the first 50kW (Half Load) to 100kW (Full Load) and back to 50kW (Half Load).

DPWM의 유효 스위칭 주파수가 SPWM 대비 2 배 증가하였으므로 제어 대역폭을 각각 500Hz, 300Hz로 놓고 비교한 결과 DPWM이 SPWM 대비 전압 안정화 시간은 평균 58% 수준, 전압 overshoot/undershoot는 평균 80% 수준으로 감소됨을 알 수 있다.Since the effective switching frequency of the DPWM has doubled compared to the SPWM, the control bandwidth is set to 500 Hz and 300 Hz, respectively, and the results show that the DPWM reduces the average voltage stabilization time by 58% and the voltage overshoot / undershoot by 80% on the average. Can be.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

410: 전류 제어기 420: 오프셋 전압 발생기
430: 게이트 지령 전압 발생기 440: PWM 발생기
410: current controller 420: offset voltage generator
430: gate command voltage generator 440: PWM generator

Claims (10)

고속철도 추진제어 장치용 단상 PWM 컨버터에 있어서,
전류 제어기에서 출력되는 컨버터 입력 지령 전압 및 클램핑 전압에 기초하여 오프셋 전압을 생성하는 오프셋 전압 발생기;
상기 컨버터 입력 지령 전압 및 상기 오프셋 전압에 기초하여 게이트 지령 전압을 생성하는 게이트 지령 전압 발생기; 및
상기 게이트 지령 전압 및 반송파에 기초하여 단상 PWM 컨버터 회로를 제어하기 위한 PWM 신호를 생성하는 PWM 발생기;
를 포함하되,
상기 게이트 지령 전압은 불연속 변조 파형이고,
상기 오프셋 전압 발생기는
상기 컨버터 입력 지령 전압의 한 주기 내의 전 구간 동안 상기 클램핑 전압을 고정하여 상기 오프셋 전압을 생성하되,
상기 오프셋 전압의 주기가 상기 컨버터 입력 지령 전압의 주기의 2배가 되도록 상기 컨버터 입력 지령 전압의 주기마다 상기 클램핑 전압의 부호를 반전시키는 것인, 불연속 변조 기법을 이용한 단상 PWM 컨버터.
In the single-phase PWM converter for high speed railway propulsion control device,
An offset voltage generator for generating an offset voltage based on the converter input command voltage and the clamping voltage output from the current controller;
A gate command voltage generator configured to generate a gate command voltage based on the converter input command voltage and the offset voltage; And
A PWM generator for generating a PWM signal for controlling a single phase PWM converter circuit based on the gate command voltage and the carrier wave;
Including,
The gate command voltage is a discontinuous modulation waveform,
The offset voltage generator
The offset voltage is generated by fixing the clamping voltage for the entire period within one period of the converter input command voltage,
And inverting the sign of the clamping voltage for each period of the converter input command voltage such that the period of the offset voltage is twice the period of the converter input command voltage.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 오프셋 전압 발생기는
상기 컨버터 입력 지령 전압의 크기의 절반의 크기를 갖고 서로 부호가 반대되도록 상기 컨버터 입력 지령 전압이 2분할된 분할 전압들에 기초하여 상기 오프셋 전압을 생성하는 것인, 불연속 변조 기법을 이용한 단상 PWM 컨버터.
The method of claim 1,
The offset voltage generator
A single-phase PWM converter using a discontinuous modulation technique, wherein the offset voltage is generated based on the divided voltages of which the converter input command voltage is divided into two so that the converter input command voltage has a magnitude that is half the magnitude of the converter input command voltage. .
제 3 항에 있어서,
상기 오프셋 전압 발생기는
상기 컨버터 입력 지령 전압의 한 주기 내의 전 구간 동안 상기 분할 전압들의 크기들 중 최대 값 또는 최소 값을 기준 값으로 고정하여 상기 오프셋 전압을 생성하되,
상기 컨버터 입력 지령 전압의 주기마다 상기 최대 값 및 최소 값을 번갈아 상기 기준 값으로 하는 것인, 불연속 변조 기법을 이용한 단상 PWM 컨버터.
The method of claim 3, wherein
The offset voltage generator
The offset voltage is generated by fixing a maximum value or a minimum value among the magnitudes of the divided voltages as a reference value for the entire period within one period of the converter input command voltage.
A single-phase PWM converter using a discontinuous modulation technique, wherein the maximum value and the minimum value are alternately used as reference values for each period of the converter input command voltage.
제 4 항에 있어서,
상기 오프셋 전압 발생기는
상기 컨버터 입력 지령 전압의 어느 한 주기 내의 전 구간 동안 상기 최대 값을 상기 기준 값으로 고정하는 경우, 상기 클램핑 전압을 양(+)의 부호를 갖도록 고정하고,
상기 컨버터 입력 지령 전압의 어느 한 주기 내의 전 구간 동안 상기 최소 값을 상기 기준 값으로 고정하는 경우, 상기 클램핑 전압을 음(-)의 부호를 갖도록 고정하는 것인, 불연속 변조 기법을 이용한 단상 PWM 컨버터.
The method of claim 4, wherein
The offset voltage generator
When the maximum value is fixed to the reference value for all the sections within one period of the converter input command voltage, the clamping voltage is fixed to have a positive sign,
When the minimum value is fixed to the reference value during the entire period within any one period of the converter input command voltage, the clamping voltage is fixed so as to have a negative sign. .
제 4 항에 있어서,
상기 오프셋 전압 발생기는
상기 클램핑 전압에서 상기 기준 값을 감산하여 상기 오프셋 전압을 생성하는 것인, 불연속 변조 기법을 이용한 단상 PWM 컨버터.
The method of claim 4, wherein
The offset voltage generator
And subtracting the reference value from the clamping voltage to generate the offset voltage.
제 3 항에 있어서,
상기 게이트 지령 전압 발생기는
상기 분할 전압들 각각에 상기 오프셋 전압을 합산하여 게이트 지령 전압들을 생성하되,
상기 컨버터 입력 지령 전압의 한 주기 내의 처음 반 주기 동안 제 1 분할 전압이 상기 클램핑 전압으로 클랭핑되고, 마지막 반 주기 동안 제 2 분할 전압이 상기 클램핑 전압으로 클램핑되도록 하는 것인, 불연속 변조 기법을 이용한 단상 PWM 컨버터.
The method of claim 3, wherein
The gate command voltage generator
The offset voltage is added to each of the divided voltages to generate gate command voltages,
Using a discontinuous modulation technique such that a first divided voltage is clamped to the clamping voltage during the first half period within one period of the converter input command voltage and a second divided voltage is clamped to the clamping voltage during the last half period. Single phase PWM converter.
제 1 항에 있어서,
상기 PWM 발생기는
상기 게이트 지령 전압 및 반송파 전압의 대소 비교 결과에 기초하여 상기 PWM 신호를 생성하는 것인, 불연속 변조 기법을 이용한 단상 PWM 컨버터.
The method of claim 1,
The PWM generator
And generating the PWM signal based on the magnitude comparison result of the gate command voltage and the carrier voltage.
제 1 항에 있어서,
상기 PWM 발생기는
스위칭 지연 시간(dead time)을 고려하여 상기 PWM 신호를 생성하는 것인, 불연속 변조 기법을 이용한 단상 PWM 컨버터.
The method of claim 1,
The PWM generator
Single phase PWM converter using a discontinuous modulation technique to generate the PWM signal in consideration of the switching dead time (dead time).
고속철도 추진제어 장치용 단상 PWM 컨버터의 제어 방법에 있어서,
컨버터 입력 지령 전압 및 클램핑 전압에 기초하여 오프셋 전압을 생성하는 단계;
상기 컨버터 입력 지령 전압 및 상기 오프셋 전압에 기초하여 게이트 지령 전압을 생성하는 단계; 및
상기 게이트 지령 전압 및 반송파에 기초하여 단상 PWM 컨버터 회로를 제어하기 위한 PWM 신호를 생성하는 단계;
를 포함하되,
상기 게이트 지령 전압은 불연속 변조 파형이고,
상기 컨버터 입력 지령 전압 및 클램핑 전압에 기초하여 오프셋 전압을 생성하는 단계에서는
상기 컨버터 입력 지령 전압의 한 주기 내의 전 구간 동안 상기 클램핑 전압을 고정하여 상기 오프셋 전압을 생성하고,
상기 오프셋 전압의 주기가 상기 컨버터 입력 지령 전압의 주기의 2배가 되도록 상기 컨버터 입력 지령 전압의 주기마다 상기 클램핑 전압의 부호를 반전시키는 것인, 불연속 변조 기법을 이용한 단상 PWM 컨버터의 제어 방법.
In the control method of the single-phase PWM converter for high speed railway propulsion control device,
Generating an offset voltage based on the converter input command voltage and the clamping voltage;
Generating a gate command voltage based on the converter input command voltage and the offset voltage; And
Generating a PWM signal for controlling a single phase PWM converter circuit based on the gate command voltage and a carrier wave;
Including,
The gate command voltage is a discontinuous modulation waveform,
In the step of generating an offset voltage based on the converter input command voltage and the clamping voltage
Generating the offset voltage by fixing the clamping voltage for the entire period within one period of the converter input command voltage,
And inverting the sign of the clamping voltage for each period of the converter input command voltage such that the period of the offset voltage is twice the period of the converter input command voltage.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102437257B1 (en) * 2020-08-24 2022-08-31 한국철도기술연구원 Apparatus for controlling diode-clamped multi-level llc resonant converter

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011211841A (en) 2010-03-30 2011-10-20 Mitsubishi Electric Corp Control method for power converter for parallel operation, power converter for parallel operation, and parallel operation power conversion system
JP2016208820A (en) 2015-04-14 2016-12-08 エルエス産電株式会社Lsis Co., Ltd. Offset voltage generator of three-phase inverter and three-phase inverter control device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101564358B1 (en) 2013-10-24 2015-10-30 삼성중공업 주식회사 Converter control method and device for current THD adjusting under low load of converter

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011211841A (en) 2010-03-30 2011-10-20 Mitsubishi Electric Corp Control method for power converter for parallel operation, power converter for parallel operation, and parallel operation power conversion system
JP2016208820A (en) 2015-04-14 2016-12-08 エルエス産電株式会社Lsis Co., Ltd. Offset voltage generator of three-phase inverter and three-phase inverter control device

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Hou-jun Tang et al.,Research on Discontinuous Pulse Width Modulation Algorithm for Single-phase Voltage Source Rectifier, Journal of Int. Conf. on Electrcal Machines and Systems,vo.3,no.4(2014.12.)*
송민섭 외, 철도 차량용 APS 병렬 운전 알고리즘 연구, 한국철도학회 춘계학술대회 2016년 논문집, pp.132~138. (2016.5.)*

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210107219A (en) * 2020-02-21 2021-09-01 한국철도기술연구원 Grid connected three-phase inverter control apparatus
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